Flexible temperature pressure organic sensor

Abstract

This work aimed to develop pressure and temperature sensor based on piezo-resistive and thermoelectric phenomena, using porous polyurethane and melamine foams impregnated with a solution of Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS). This device allows the simultaneous measurement of temperature and pressure through the transduction of external stimuli into separate electrical signals, with a promising resolution of temperature and pressure detection for artificial intelligence and health application systems. It was possible to manufacture individual sensors, which achieved a maximum performance of 90% of the resistance variation, with the ability to detect, from 3 to 30 kPa, between a range of 10 and 50% of deformation, respectively. These devices generated an average thermal voltage of 2.8 mV under elevated temperature stimulus. Considering the manufacturing parameters and the performance obtained for individual sensors, a 4x4 matrix was manufactured, using an innovative approach, not yet reported in the literature. A single piece of melamine impregnated with diluted PEDOT: PSS was used to construct the device. The sensor was integrated with the Arduino microcontroller and an interface was implemented with visual interface software for real-time monitoring of pressure position and intensity. The 4x4 matrix sensor device showed promising results, with the need, however, to improve the contacts between the electrodes and the sponge, since they presented degradation with intensive use.

Este trabalho teve como objetivo desenvolver um sensor de pressão e temperatura baseado em fenômenos piezo-resistivo e termoelétrico, usando espuma de poliuretana porosa e melamina impregnadas em solução de Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS). Este dispositivo permite a medida simultânea de temperatura e pressão através da transdução de estímulos externos em sinais elétricos separados, com resolução promissora de detecção de temperatura e pressão para inteligência artificial e sistemas de aplicação em saúde. Foi possível fabricar sensores individuais, que atingiram um desempenho máximo de 90% da variação da resistência, com capacidade de detectar, de 3 a 30 kPa, entre uma faixa de 10 e 50% de deformação, respectivamente. Esses dispositivos geraram uma tensão térmica média de 2,8 mV sob estímulo de alta temperatura. Levando em consideração os parâmetros de fabricação e a performance obtida para sensores individuais, foi fabricada uma matriz 4x4, utilizando uma abordagem nova, ainda não relatada na literatura. Utilizou-se uma peça única de melamina impregnada em PEDOT:PSS diluído para a construção do dispositivo. O sensor foi integrado ao microcontrolador Arduino e uma interface foi implementada com software de interface visual para monitoramento em tempo real de posição e intensidade de pressão. O dispositivo sensor matricial 4x4 apresentou resultados promissores, havendo a necessidade, contudo, de se aprimorar os contatos entre os eletrodos e a esponja, visto que estes apresentavam degradação com o uso intensivo.